基于移動Agent的無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)管理框架

1、基于移動Agent的無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)管理框架葉寧1,2,王汝傳1, 3（1、南京郵電大學計算機學院江蘇省南京市 210003 ； 2、南京人口管理干部學院信息科學系江蘇省南京市210042; 3、南京大學計算機軟件新技術國家重點實驗室江蘇省南京市 210093）0引言低功耗無線電通信技術、嵌入式計算技術、衛(wèi)星傳感器技術及集成電路技術的飛速發(fā)展和日 益成熟，使得大量低成本的衛(wèi)星傳感器通過無線鏈路自組織成無線傳感器網(wǎng)絡成為現(xiàn)實。無 線傳感器網(wǎng)絡具有自組織性、自適應性與容錯性高等特點，在軍事、工農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)療、環(huán) 境監(jiān)測等許多重要領域具有十分廣泛的應用前景 1 O無線傳感器網(wǎng)絡大量傳感器節(jié)點（se

2、nsor node ）和少數(shù)匯聚節(jié)點（sink node ）組成。位于 監(jiān)測區(qū)域的傳感器節(jié)點負責采集相關數(shù)據(jù)信息，最終將數(shù)據(jù)傳送至匯聚節(jié)點，無線傳感器網(wǎng) 絡是以數(shù)據(jù)為中心的，其目標是采集具有某種特征屬性的數(shù)據(jù)，而不關心數(shù)據(jù)具體來源于哪 個傳感器節(jié)點?；谏鲜鏊枷?，數(shù)據(jù)庫研究者把無線傳感器網(wǎng)絡抽象為數(shù)據(jù)系統(tǒng)，使無線傳 感器網(wǎng)絡的物理實現(xiàn)與應用相分離2 o由于無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)特點是數(shù)據(jù)量大、時效性強、 網(wǎng)絡節(jié)點在能量、計算、存儲及通信能力方面存在局限性3，所以良好的數(shù)據(jù)管理技術能夠提高傳感器節(jié)點協(xié)作感知、采集、處理、發(fā)布數(shù)據(jù)信息的效率，進而更好地確定無線傳感器 網(wǎng)絡的可用性和有效性。移動Age

3、nt是一種分布式計算技術，具有很多優(yōu)點。本文提出個一種基于移動Age nt技術改進現(xiàn)有的無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)管理模式的框架，利用移動Age nt不僅收集數(shù)據(jù)而且能夠處理數(shù)據(jù)的特點，減輕數(shù)據(jù)管理中心負載，克服了當前數(shù)據(jù)管理方案的局限性。1移動Age nt機制4移動Age nt是分布式計算技術和人工智能技術相結合的產(chǎn)物，本質(zhì)上是一個程序?qū)嶓w，擁有 一定的智能和判斷能力，它可以自己的控制下，按照一定的規(guī)程在網(wǎng)絡節(jié)點間遷移，尋找并 處理合適的資源，代表用戶完成特定的任務。Age nt在一個執(zhí)行環(huán)境中被創(chuàng)建后，能夠攜帶自身狀態(tài)和代碼在網(wǎng)絡中遷移到另一個環(huán)境中恢復執(zhí)行。移動Age nt的特性主要體現(xiàn)以下幾個

4、方面:a） 自主性：Age nt 旦被初始化便可獨立執(zhí)行，無需后來的直接干預，Age nt控制自身的內(nèi) 部狀態(tài)和外部行為，也可以被授權做出某種決定，完成相關的任務。b）反應性：Age nt能感知和作用于其所處的環(huán)境，對環(huán)境的變化能做出及時的響應，這些環(huán)境可以是物理的世界、使用圖形接口的用戶、其他Age nt集合或所有這些的組合。c）能動性：Age nt不僅能對所處環(huán)境做出響應，還能主動展現(xiàn)面向目標的行為。d）通信性：Age nt之間的交互隨任務驅(qū)動的變化而進行調(diào)整，彼此 協(xié)作完成復雜的任務。e）移動性：Age nt可在一個網(wǎng)絡上隨時、自主地實現(xiàn)節(jié)點間遷移，正在運行中的 Age nt狀態(tài) 可以被

5、存儲且傳送到目標節(jié)點，且中止 Age nt程序可以被恢復執(zhí)行。2數(shù)據(jù)管理體系結構目前，無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)管理大多采用近似客戶/服務器的數(shù)據(jù)處理模式5，可分為集中式數(shù)據(jù)管理結構和分布式數(shù)據(jù)管理結構兩種。集中式數(shù)據(jù)管理結構的特點是感知數(shù)據(jù)的處理和無線傳感器網(wǎng)絡的訪問是相對獨立的，各傳 感器節(jié)點感知的數(shù)據(jù)經(jīng)多跳后路由至匯聚中心或服務器處理，網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)管理決策由處理中 心負責，這種方法很簡單，但是由于所有傳感器的數(shù)據(jù)都要求傳送到中心處理節(jié)點，通信開 銷很大，使用范圍較小。分布式數(shù)據(jù)管理結構又稱網(wǎng)內(nèi)處理結構?？紤]到無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的大規(guī)模分布，大量冗 余信息傳輸可能造成的能耗損失及較大的通信開銷，因此

6、分布式數(shù)據(jù)關系結構特點是網(wǎng)絡中 部分傳感器節(jié)點除負擔數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)任務外，還負責部分的數(shù)據(jù)管理任務，如執(zhí)行聚集操作等。3基于移動Age nt的數(shù)據(jù)管理框架在支撐傳感器網(wǎng)絡實際數(shù)據(jù)服務環(huán)境中，上述體系結構在占用網(wǎng)絡帶寬、負載平衡以及因節(jié) 點失效而動態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)處理策略等方面尚存在不足6?；谝苿覣ge nt的數(shù)據(jù)管理思想是利用Age nt將網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)駐留在獲取它的節(jié)點上，通過Age nt 或計算引擎將特定信息需求的代碼及狀態(tài)在網(wǎng)絡中傳播與處理，并將最終的信息返回給數(shù)據(jù) 管理中心（匯聚節(jié)點或中心服務器）?；谝苿覣ge nt的無線傳感器網(wǎng)絡如圖1所示。結合無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的分布式特點以及數(shù)據(jù)管理任務的分派

7、方式，基于移動Age nt的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)管理框架主要包括移動 Age nt實體與移動Age nt服務環(huán)境兩部分。如圖2所示。圖2基干移動的無線傳感器列絡數(shù)據(jù)膏理框樂移動Age nt服務環(huán)境是系統(tǒng)的核心部分，提供一個位置透明、便于控制、安全可靠的數(shù)據(jù)管 理執(zhí)行環(huán)境，主要負責移動 Age nt的創(chuàng)建、運行、掛起、終止、傳送和接收等工作。該服務 環(huán)境依據(jù)預置的初始任務執(zhí)行方案，確定Age nt的遷移與協(xié)作的策略以及傳輸通信 機制 移動Age nt實體包括服務Age nt和信使Age nt兩類，是網(wǎng)絡數(shù)據(jù)管理任務的分派與執(zhí)行者。 服務Age nt駐留于移動Age nt服務環(huán)境，為信使Age nt提供資源和

8、基礎環(huán)境的訪問支持與任 務決策。服務Age nt按照MACR移動代理控制協(xié)議），發(fā)送移動 Age nt程序，并根據(jù)網(wǎng)絡數(shù) 據(jù)狀態(tài)信息控制其行為。信使 Age nt在網(wǎng)絡數(shù)據(jù)源之間移動，利用對資源的控制來滿足遠程 數(shù)據(jù)源訪問的目的。與目前網(wǎng)內(nèi)處理的數(shù)據(jù)管理體系結構相比較，基于移動Age nt的數(shù)據(jù)管理框架是通過移動代理技術，將代理支撐環(huán)境駐留在節(jié)點設備上，基于移動Age nt服務環(huán)境的數(shù)據(jù)管理中心，根據(jù)實際網(wǎng)絡狀態(tài)選擇適當功能的 Age nt程序發(fā)送到目標節(jié)點，在 Age nt運行環(huán)境中生成程序 實例（in sta nee ），完成預期功能。該管理框架本質(zhì)上是利用Age nt靈活的數(shù)據(jù)收集與計算

9、能力，將處理功能移向數(shù)據(jù)源本地，使得數(shù)據(jù)管理所需的計算最大限度地分布于整個網(wǎng)絡， 各傳感節(jié)點的感知數(shù)據(jù)通過 Age nt自主管理，并能及時獲得性能態(tài)勢，另外，Age nt之間的協(xié)商與知識學習機制，利用動態(tài)實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理任務的決策，滿足傳感器網(wǎng)絡性能優(yōu)化。4移動Age nt的內(nèi)部結構用于網(wǎng)絡數(shù)據(jù)管理的移動 Age nt是指根據(jù)數(shù)據(jù)管理需求動態(tài)發(fā)布到數(shù)據(jù)源節(jié)點，并在目標節(jié) 點執(zhí)行的一段程序，目的是優(yōu)化管理，Age nt的行為（啟動、掛起、終止、刪除）完全受控于發(fā)送它的進程，如圖3所示，移動Age nt的結構包括通信層、推理機、管理層和 Age nt知 識庫4部分，一個移動Age nt的內(nèi)部行為表現(xiàn)為

10、通信層接收外部環(huán)境的信息 （來自其他Age nt 的消息與請求），由推理機（包含數(shù)據(jù)處理相關的先驗規(guī)則集）根據(jù)這些消息、請求以及Age nt 的狀態(tài)，與知識庫 交互學習。圖3移動A pent內(nèi)部結構服務Age nt的關系任務決策層根據(jù)推理機得出的結果做出合理的任務判決，通過通信層將任 務分派給信使Age nt，信使Age nt獲得分派任務后，執(zhí)行遷移動作，到達目標節(jié)點后，信使 Age nt對獲知的傳感器節(jié)點數(shù)據(jù)進行分析、 推理后，執(zhí)行相關的動作（采集、融合、查詢等）， 同時更新Age nt狀態(tài)信息，并確定需完成的下一個管理任務集。信使Age nt完成任務后，將結果傳送給服務Age nt。5移動

11、Age nt之間的通信機制移動Age nt通信層支持分布式?jīng)Q策中的協(xié)商過程，接收來自其他 Age nt的執(zhí)行請求、通知或 結果信息。協(xié)商過程要求能及時了解傳感器所完成的數(shù)據(jù)處理能力，移動Age nt之間的通信消息來自Age nt內(nèi)部的決策過程，包含數(shù)據(jù)管理相關的標識、類型、內(nèi)容及發(fā)送和接收者。系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理決策任務優(yōu)先級由服務 Age nt確定，執(zhí)行任務的優(yōu)先級則由信使 Age nt確定。 管理任務的性能指標經(jīng)移動Age nt間的協(xié)商確定。6結束語目前，無線傳感器網(wǎng)絡存在感知數(shù)據(jù)量大、無線通信帶寬低、每個網(wǎng)絡節(jié)點分配到的能量有 限、所在環(huán)境不可靠等問題。移動 Age nt應用于無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)

12、管理將有助于在帶寬、 能量受限的不穩(wěn)定動態(tài)環(huán)境中處理大量數(shù)據(jù)，減少開發(fā)和應用成本，在一定程度上降低無線 傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)管理的復雜性，在以后的研究中，將在數(shù)據(jù)管理體系結構的形式化表示技術 以及能耗分析上做進一步深入的研究。出師表兩漢：諸葛亮先帝創(chuàng)業(yè)未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此誠危急存亡之秋也。然侍衛(wèi)之臣不懈于內(nèi)，忠志之士忘身于外者，蓋追先帝之殊遇，欲報之于陛下也。誠宜開張圣聽，以光先帝遺德，恢弘志士之氣，不宜妄自菲薄，引喻失義，以塞忠諫之路也。宮中府中，俱為一體；陟罰臧否，不宜異同。若有作奸犯科及為忠善者，宜付有司論其刑賞，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使內(nèi)外異法也。侍中、侍郎郭攸之、

13、費祎、董允等，此皆良實，志慮忠純，是以先帝簡拔以遺陛下：愚以為宮中之事，事無大小，悉以咨之，然后施行，必能裨補闕漏，有所廣益。將軍向?qū)櫍孕惺缇?，曉暢軍事，試用于昔日，先帝稱之曰能”是以眾議舉寵為督：愚以為營中之事，悉以咨之，必能使行陣和睦，優(yōu)劣得所。親賢臣，遠小人，此先漢所以興隆也；親小人，遠賢臣，此后漢所以傾頹也。先帝在時，每與臣論此事，未嘗不嘆息痛恨于桓、靈也。侍中、尚書、長史、參軍，此悉貞良死節(jié)之臣，愿陛下親之、信之，貝U漢室之隆，可計日而待也。臣本布衣，躬耕于南陽，茍全性命于亂世，不求聞達于諸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顧臣于草廬之中，咨臣以當世之事，由是感激，遂許先帝以驅(qū)馳。后值傾覆，受任于敗軍之際，奉命于危難之間，爾來二十有一年矣。先帝知臣謹慎，故臨崩寄臣以大事也。受命以來，夙夜憂嘆